СГУВТ начал первый этап НИОКР по применению новой технологии защиты судовых движительно-рулевых комплексов
Основное отличие от зарубежных методов заключается в использовании вместо инертных газов чистого воздуха
Сибирский государственный университет водного транспорта (СГУВТ) приступил к выполнению первого этапа НИОКР по применению технологии сверхзвукового воздушно-плазменного напыления для защиты деталей судовых движительно-рулевых комплексов (ДРК). Научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа осуществляется по заказу Росморречфлота, она проводится совместно с учеными Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения РАН. Полученную в результате технологию можно будет применять не только в судостроении и судоремонте речного, морского, рыбопромыслового, военно-морского флотов, но также в авиации, энергетике и космической промышленности, сообщает пресс-служба Росморречфлота.
Кавитационная эрозия, а также гидроабразивный и удароабразивный износ, например, гребных винтов, пока остается неразрешенной проблемой. Такие разрушения приводят к значительному сокращению сроку службы этих деталей ДРК и увеличивают расход топлива.
В 1980-х годах в НИИВТ (в настоящее время – СГУВТ) для защиты лопастей гребных винтов была разработана технология плазменного напыления самофлюсующихся порошковых никелевых (Ni/B/Si) и никель-хромовых (Ni/Cr/B/Si) сплавов c последующим газопламенным оплавлением. Эти сплавы обладают стойкостью к коррозии в пресной и морской воде (хромовые сплавы) и к изнашиванию трением и абразивными частицами. Технология применяется до сих пор на многих производственных и ремонтных участках, несмотря на трудоемкость и продолжительность операции оплавления самофлюсующегося покрытия, которая в несколько раз превышает этап плазменного напыления.
Развитие технологий газотермического напыления привело к широкому распространению новых защитных покрытий на основе карбидов вольфрама WC и хрома Cr3C2 методом высокоскоростного газопламенного напыления. Настоящая НИОКР направлена на создание новой технологии, исключающей этап оплавления за счет применения современного отечественного оборудования сверхзвукового воздушно-плазменного напыления (совместная разработка ИТПМ СО РАН и СГУВТ), реализующего скорости напыляемых частиц более 700 м/с. В результате предполагается повышение физико-механических и эксплуатационных характеристик кавитационно- и абразивностойких покрытий, полученных из отечественных карбидных, никелевых и никель-хромовых материалов.
Технология не имеет аналогов по совокупности ключевых параметров. Основное отличие от зарубежных методов заключается в использовании вместо инертных газов чистого воздуха. Кроме того, сверхзвуковой плазменный поток (HV-APS) отличается от традиционного (APS) высокой скоростью и низкой температурой, что позволяет получать качественные покрытия на основе металлических материалов. Пористость таких покрытий составляет менее 1%, а адгезионная прочность – выше 80 Мпа. В числе преимуществ также указано минимальное окисление частиц обрабатываемой поверхности. Более того, такой сверхзвуковой поток может быть использован для «горячей» абразивноструйной обработки деталей. Высокая температура плазменных потоков (3000-12000 К) позволяет наносить покрытия из наиболее тугоплавких материалов, а толщина покрытий может варьироваться от десятков микрометров до нескольких миллиметров.
Благодаря этому методу получаются покрытия самого разного назначения: износостойкие (истирание, эрозия, фреттинг, кавитация), коррозионная и химическая защита, тепловая защита, электроизоляция и электропроводность, антифрикционные, прирабатываемые уплотнения и т.д. Еще одной особенностью технологии является широкий выбор материалов напыления — это различные металлы и сплавы, оксиды, карбиды, металлокерамика и композиты и др.
Проект рассчитан на 2 года и состоит из 2 этапов. Задачами первого этапа НИОКР являются анализ характеристик серийных отечественных порошковых материалов и выбор оптимальных для сверхзвукового воздушно-плазменного напыления гидроабразивно - и кавитационностойких покрытий; отработка режимов сверхзвукового воздушно-плазменного напыления выбранных порошковых материалов; теплофизические исследования динамики нагрева и ускорения частиц напыляемых порошковых материалов в сверхзвуковых потоках воздушной термической плазмы; сверхзвуковое воздушно-плазменное напыление покрытий на образцы.
Исследования осуществляются с помощью электродугового плазмотрона постоянного тока ПНК-50, разработанного совместно ИТПМ СО РАН и СГУВТ. На первом этапе ученые должны будут подтвердить и расширить результаты предварительных исследований, в ходе которых была выбрана экспериментальная линейка материалов с учетом опыта авторов по защите деталей движительно-рулевого комплекса речных судов с помощью покрытий, нанесенных дозвуковыми потоками термической плазмы. Сами покрытия наносились на плоские образцы из стали методом сверхзвукового атмосферного плазменного напыления порошковых материалов с использованием воздуха в качестве плазмообразующего газа. Толщина полученных покрытий составила 300-360 мкм. Образцы из стали во время напыления охлаждались сжатым воздухом.
По результатам предварительных исследований для напыления покрытий выбранными порошковыми материалами на опытную партию образцов в качестве оптимального был определен режим воздушно-плазменного напыления: сила тока дугового разряда плазмотрона; дистанция напыления; толщина покрытия за один проход плазмотрона; скорость перемещения пятна напыления относительно напыляемой поверхности; расход напыляемого порошкового материала; расход плазмообразующего газа (воздух); расход защитного (завеса анода плазмотрона) газа (смесь воздуха и метана); расход транспортирующего газа (воздух); расход фокусирующего газа (воздух).
Планируется, что результаты работы также будут внедрены при цифровизации образовательного процесса и отражены в дисциплинах: сварка металлических конструкций для обучающихся по направлению подготовки 26.03.02. «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры»; технология сварочных работ для обучающихся по направлению подготовки 23.03.03. «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» в вузах, подведомственных Росморречфлоту.
